Tecnologie della Industria 4.0 utili alla P.A. per la digitalizzazione delle opere pubbliche

In questo articolo viene illustrata in modo sintetico la tecnologia del digital twin utilizzata nell’industria 4.0 ed utile alla pubblica amministrazione per poter implementare la digitalizzazione delle oo.pp, come richiesto dal DLgs50/2016 e dal DM 560/2017.

L’utilizzo della tecnologia “digital twin” collegata al processo “bim” risulta particolarmente innovativo e strategico per un cambio di paradigma nella realizzazione delle opere pubbliche.   


Applicare il Digital Twin al settore delle costruzioni

Riguardo alla progettazione dei ponti, dall’esame degli insuccessi inizio a convincermi che per risalire a idee progettuali che li evitino, o almeno, li contrastino, sia necessario copiare dall'industria meccanica 4.0. Rifarsi quindi ad altri tipi di ingegneria strutturale oltre che quella dell’ingegneria civile, dove è normale considerare il concetto di robustezza, tipico delle strutture previste nell’ingegneria navale e nell’ingegneria aeronautica.

La prima strategia per rendere robusta una struttura è quella di rendere le parti che la compongono molto connesse. In questo modo, la struttura tende ad essere maggiormente iperstatica e può quindi presentare una ridondanza di percorsi di trasferimento del carico dal punto di applicazione alle fondazioni. Deve comunque essere osservato che non esiste una correlazione diretta fra aumento della iperstaticità e aumento della robustezza. Questo elevato grado di connessione permette di sopperire al fallimento di alcuni elementi senza condurre ad un collasso generalizzato, presentando, come detto, una ridondanza nel percorso dei carichi.

 

Tecnologie della Industria 4.0 utili alla P.A. per la digitalizzazione delle opere pubbliche

Fig.1 Esempio di Industria 4.0 

 

Questa prima considerazione, ha generato il mio interesse per lo studio delle tecnologie disruptive dell’industria 4.0 e per la verifica di possibili applicazioni al comparto delle costruzioni, oggi al penultimo posto tra i settori produttivi, per utilizzo di digitalizzazione. 

Mi sono così interessato di:

  • Sistemi Cyber Fisici
  • Internet of Things
  • Internet of Services
  • Cloud Computing
  • Big Data Analytics
  • Cyber security
  • Artificial Intelligence e Machine Learning
  • Robot
  • Additive Manufacturing
  • Virtual Reality e Augmented Reality
  • Wearable

Ma la tecnologia che ha più attirato la mia attenzione è quella del Digital Twin.

Per Digital Twin si intende la controparte virtuale e computerizzata di un sistema fisico. Un Digital Twin può essere utilizzato per vari scopi, sfruttando una sincronizzazione in tempo reale di dati, ed è in grado di decidere tra un insieme di azioni allo scopo di orchestrare ed eseguire l'intero processo produttivo in modo ottimale. Inoltre, sulla base dei dati attuali e storici del Digital Twin, è possibile, ad esempio, prevedere il comportamento futuro, eseguire simulazioni, e monitorare il prodotto, consentendo di recepire tempestivamente eventuali difformità di funzionamento tra l’entità virtuale e quella fisica, ed agire dunque tempestivamente.

 

Digital Model

Il primo stadio di sviluppo del Digital Twin viene indicato con il nome Digital Model. Come si evince dalla figura in basso, nel Digital Model non esiste connessione tra l’oggetto fisico e l’oggetto digitale, e lo scambio di dati tra lo spazio reale e lo spazio virtuale avviene per mezzo di un operatore. Dunque, questi modelli non consentono l’interazione con la realtà e per ottenere informazioni rilevanti, è necessario ricostruire manualmente uno schema dello spazio reale.

Il Digital Model viene impiegato per supportare il processo decisionale durante lo sviluppo di nuovi prodotti, quando ancora non esiste l’oggetto fisico, ma viene creata una sua rappresentazione digitale allo scopo di mitigare possibili problemi tecnici. Affinché i risultati ottenuti siano affidabili, il Digital Model deve essere aggiornato periodicamente in funzione degli ultimi dati disponibili. In queste circostanze un cambiamento di stato dell'entità fisica, non ha nessun effetto diretto sulla sua rappresentazione digitale e viceversa.

 

Data Flow in a Digital Model

Fig.2 Data Flow in a Digital Model (Fonte ELSEVIER)

 

Digital Shadow

Il secondo stadio di sviluppo del digital twin viene chiamato Digital Shadow. In questo modello è prevista una connessione unidirezionale tra l’entità fisica e la sua controparte digitale. Questo significa che il passaggio di dati dall’oggetto fisico all’oggetto digitale viene automatizzato, sebbene quello dall’oggetto digitale all’oggetto fisico rimanga manuale.

Una connessione unidirezionale può essere utilizzata per riflettere lo stato dell’entità fisica nella controparte digitale. L’oggetto digitale è in grado di acquisire dati in real time dallo spazio reale che sfrutta per simulare ed esaminare il comportamento dell’oggetto fisico. In queste circostanze, un cambiamento di stato dell'oggetto fisico porta ad un cambiamento di stato dell'oggetto digitale, ma non viceversa.

 

Digital Shadow

Fig.3 Data Flow in a Shadow Mode (Fonte ELSEVIER)

 

Digital Twin

È nello stadio di sviluppo successivo al Digital Shadow che la tecnologia prende il nome di Digital Twin. In questo stadio la rappresentazione digitale e l’oggetto fisico sono connessi, non è richiesto l’intervento umano, e la condivisione dei dati avviene automaticamente in entrambe le direzioni. Si assiste all’integrazione dei due mondi, e la rappresentazione digitale viene utilizzata come strumento per il controllo dell'oggetto fisico. In queste circostanze, un cambiamento di stato dell'oggetto fisico porta direttamente ad un cambiamento di stato dell'oggetto digitale e viceversa.

 

Data Flow in a Digital Twin

Fig.4 Data Flow in a Digital Twin (Fonte ELSEVIER)

 

L’essenza dell’Industria 4.0: il Digital Twin ed il suo possibile utilizzo da parte della pubblica amministrazione nella progettazione, costruzione e gestione delle opere pubbliche in bim.

Un Digital Twin può fondamentalmente essere considerato come la copia digitale in costante evoluzione, del profilo storico o attuale di un oggetto fisico o processo che aiuta ad ottimizzare la performance del business.

In quali casi può essere utilizzato il Digital Twin

Nel panorama produttivo, un gemello digitale viene utilizzato per diverse ragioni ed in diversi contesti: un contesto sperimentale nel caso di un prodotto, ed uno predittivo nel caso tipicamente di un processo. Sono essenzialmente progettati per creare complicati asset o processi per i quali è difficile predire risultati lungo tutto il ciclo di vita del prodotto.

Costituisce una chiave di volta nei sistemi produttivi, non solo in termini strategici ma anche economici, in quanto riuscire a predire un problema, un rischio, conduce a margini di performance sempre più alti, ed obiettivi di business sempre più concreti attraverso un viaggio tra fisico e digitale.

Uno dei principali benefici legati al Digital Twin, risiede nella possibilità di anticipare la comprensione dei problemi, e dunque di prendere decisioni tempestive, mirate ed efficaci, basandosi su dati ottenuti in tempo reale che provengono da lungimiranti analisi predittive.

Il BIM nasce dall’usare una programmazione ad oggetti, dove invece di insegnare alla macchina un dominio formato da linee, superfici e volumi, che a me può non interessare perché non faccio geometria o disegno industriale, gli insegno il mio dominio, il DOMINIO AEC.

Insegniamo alla macchina che il mondo non è fatto di righe, ecc. ma è fatto di muri, che dentro il muro ci sono le finestre, ecc. Questo è quanto è stato fatto con il BIM. bbiamo eliminato la programmazione vettoriale sostituendola con quella per oggetti; alla programmazione per oggetti gli abbiamo cambiato il dominio ( il CAD è nato per il disegno meccanico, per disegnare bulloni).

Il BIM è quindi una programmazione per oggetti con il mio dominio AEC e non quello di altre discipline. In questo modo e solo ora con il BIM possiamo fare clash e code, cose impossibili da insegnare ad una programmazione CAD.

Software bim

Fig.5 Software bim

 

Con i nuovi software bim, tridimensionali e parametrici, finalmente possiamo anche realizzare prototipi delle opere pubbliche come nel settore industriale, provando le varianti sul modello digitale, cosa impossibile fino ad ora (oggi il modello dell’opera pubblica è la stessa opera pubblica e le «prove» vengono effettuate sulla stessa, con le perizie di variante e con notevole dispendio di risorse economiche).

...continua.


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